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        5G通信場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)研究

        2021-12-08 14:43:07
        通信電源技術(shù) 2021年23期
        關(guān)鍵詞:傳輸速度光場(chǎng)基站

        雷 園

        (陜西省人民醫(yī)院,陜西 西安 710068)

        0 引 言

        5G通信是一項(xiàng)具有里程碑意義的技術(shù),是中國(guó)在核心技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu)上取得的重大突破。5G通信技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志我國(guó)通信技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代,使用的技術(shù)也更加的先進(jìn),相較于以往的通信技術(shù)有著更大的優(yōu)勢(shì),保密性與傳輸速度都是以往技術(shù)無法相比的,滿足了現(xiàn)代用戶的大部分需求。并且隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及,許多以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型理念在蓬勃發(fā)展,如物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程操控等,都是利用了5G網(wǎng)絡(luò)速度快、延遲低等特點(diǎn),將助力中國(guó)經(jīng)濟(jì)更加快速的發(fā)展。各種以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的理念也同時(shí)在以不同的方式回饋社會(huì),如智慧城市、遠(yuǎn)程會(huì)診以及醫(yī)療等。

        1 5G通信技術(shù)的特點(diǎn)

        5G通信技術(shù)同4G通信技術(shù)有根本區(qū)別,5G通信技術(shù)有著更好的科技體驗(yàn)以及更前沿的設(shè)計(jì)理念,增加了新的技術(shù),有著更加廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)[1]。在上游連接移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施,包括基站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等,由中游的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)并與用戶連接,然后各個(gè)下游廠商可以利用5G通信技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。現(xiàn)在比較流行的5G商用模式包括自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。除了在開發(fā)的智能設(shè)備外,在5G通信技術(shù)的推動(dòng)下,新的應(yīng)用正在不斷被開發(fā),且規(guī)模不斷增長(zhǎng)。不同設(shè)備之間有著不同甚至互相沖突的需求,所以需要5G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持不同設(shè)備的連接需求,并提供極快的連接速度與較低的連接成本。

        1.1 技術(shù)應(yīng)用理念

        隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,未來將會(huì)是一個(gè)可編程的時(shí)代。在傳統(tǒng)的4G時(shí)代,是人與人之間的聯(lián)系,而未來,更多的是人與物或者物與物互聯(lián)的需求。傳統(tǒng)的通信技術(shù)無法滿足未來社會(huì)發(fā)展的要求,5G技術(shù)為了滿足未來用戶需求而進(jìn)行了相應(yīng)的改變,從基礎(chǔ)架構(gòu)的改變到上層建筑的體驗(yàn)升級(jí),5G通信技術(shù)將會(huì)給用戶帶來一個(gè)全新的體驗(yàn)。同時(shí)匹配當(dāng)今高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì),符合現(xiàn)代發(fā)展,這也是5G通信技術(shù)較為前衛(wèi)的設(shè)計(jì)思想,帶給通信技術(shù)領(lǐng)域全新的發(fā)展,能夠滿足用戶的最新需求。5G通信技術(shù)的方向就是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋,讓用戶有著不一樣的體驗(yàn),打破常規(guī),進(jìn)一步更新?lián)Q代,跟隨時(shí)代的腳步。

        1.2 通信技術(shù)發(fā)展

        通信技術(shù)隨著人類社會(huì)交流的需求而發(fā)展。無線通信技術(shù)由2G技術(shù)逐漸發(fā)展而來,無論是技術(shù)還是通信水平都在逐步提高,與以往有著較大的差別。現(xiàn)在發(fā)展到了5G通信,這將會(huì)是人類目前為止最安全、最穩(wěn)定、最快速的通信技術(shù)。它融合以往幾代的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的改變,彌補(bǔ)了以往幾代的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)理念也由以前服務(wù)于個(gè)人轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線網(wǎng)路全覆蓋,旨在推動(dòng)萬物互聯(lián)。5G技術(shù)增加了人工智能的科技,使得科技感更足,更加智能化,水平得到大幅度提升。

        1.3 傳輸速度提高

        現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求速度快、保密性強(qiáng)等,這也是用戶的需求。5G通信技術(shù)通過更加先進(jìn)的技術(shù)與基礎(chǔ)架構(gòu)能夠?yàn)橛脩籼峁┛旖莅踩木W(wǎng)絡(luò)通信,滿足用戶對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的需求。通信技術(shù)從2G開始,每一次的更新?lián)Q代都是速度提升的開始,已經(jīng)延續(xù)到了第五代,速度得到了全面提升,這也是時(shí)代的變化。跟隨時(shí)代的腳步,滿足當(dāng)下快節(jié)奏的生活模式。

        1.4 節(jié)能環(huán)保效率提高

        現(xiàn)在做任何事情都講究效率的高低,人們對(duì)效率的要求很高,尤其在辦公時(shí),希望通信設(shè)施能夠帶給其高效率,這也是當(dāng)今時(shí)代的特征。5G通信技術(shù)的研發(fā)就是跟隨時(shí)代而產(chǎn)生的,改變了以往的模式,有了新的設(shè)計(jì)理念,并且傳輸速度更快捷、保密性更強(qiáng),有了更快的傳輸速度就會(huì)帶來更高的效率。5G通信的利用率可以說是從2G通信技術(shù)發(fā)展以來最高的,采用先進(jìn)的科技保障信號(hào)的流暢性,通信水平得以提高,效率更好,并且5G通信技術(shù)采用的技術(shù)非常節(jié)能,損耗較小。

        1.5 集成化程度高

        在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天,萬物互聯(lián)已經(jīng)成為時(shí)代的主流。傳統(tǒng)的4G通信技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)面向移動(dòng)寬帶,能夠在較低的延遲下傳輸圖片等信息。但在萬物互聯(lián)的時(shí)代,4G通信技術(shù)的延遲是不能忍受的。而通過5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)分析可以發(fā)現(xiàn),其相對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)有了質(zhì)的提高,無論是傳輸速度還是傳輸帶寬上都比4G要提升不少。因此,在5G網(wǎng)絡(luò)的加持下,消費(fèi)者可以通過手機(jī)終端以接近無延遲的狀態(tài)連接其他設(shè)備,將不同的設(shè)備集成到一臺(tái)設(shè)備上控制,優(yōu)化用戶體驗(yàn)。并且5G應(yīng)用融合發(fā)展也成為一種趨勢(shì),在未來,萬物之間的聯(lián)系將會(huì)更加緊密,各個(gè)設(shè)備之間的交互也會(huì)變得更加簡(jiǎn)單。

        2 5G通信技術(shù)

        2.1 有源天線陣列

        有源天線列陣也可以稱為5G多天線傳輸技術(shù),其目的是為了提升5G通信技術(shù)的效率,利用頻譜資源進(jìn)行5G通信技術(shù)的傳播,能夠有效減少資源的損耗、提升傳輸效率、保障5G傳輸?shù)姆€(wěn)定性。有了該項(xiàng)技術(shù)就不會(huì)出現(xiàn)在惡劣環(huán)境下斷網(wǎng)的情況,有效保證了網(wǎng)絡(luò)的流暢性。當(dāng)一根傳輸線出現(xiàn)問題時(shí)不會(huì)影響整體的傳輸,而且降低了維修成本,投入小,還可以擴(kuò)大5G通信的覆蓋范圍,使之有了更廣闊的覆蓋面積和發(fā)展空間,滿足用戶們的高需求[2]。

        2.2 多入多出技術(shù)

        在通信中,人們最希望的是有穩(wěn)定的頻率,5G通信技術(shù)采用了多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術(shù),主要目的就是保證通信的穩(wěn)定,在接收和發(fā)出裝置上增加接收器,這樣一來就可以保持穩(wěn)定的功率,也保障了資源的利用更加合理[3]。優(yōu)化MIMO技術(shù)的裝置,使其變得更加高效簡(jiǎn)潔,還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以避免其余雜音對(duì)信號(hào)的干擾。

        2.3 全服務(wù)化設(shè)計(jì)

        5G技術(shù)開發(fā)的目的是解決用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求,主要服務(wù)于用戶,使得用戶有全新的體驗(yàn)。但是每一位用戶的需求都不一樣,如何滿足眾多用戶的需求,5G通信技術(shù)與其他幾代通信技術(shù)的差別就在此,為滿足每一位用戶的特點(diǎn)支持按需調(diào)用,獨(dú)立化設(shè)計(jì)也體現(xiàn)出其特點(diǎn)所在,實(shí)現(xiàn)功能重構(gòu),不再只是傳統(tǒng)的功能模式,而是更加人性化,功能也更加的多樣化。多樣化的功能也展現(xiàn)出5G通信的全服務(wù)特點(diǎn),這會(huì)使得5G的服務(wù)系統(tǒng)更加豐富,有利于5G系統(tǒng)的全面發(fā)展,使得5G通信技術(shù)深入人們的生活,讓人們感受到5G通信技術(shù)的存在,更有利于通信設(shè)備的更新?lián)Q代。

        2.4 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以稱為無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù),其目的是改善5G通信技術(shù)的通信狀態(tài)。隨著通信需求不斷增加,人們對(duì)于通信技術(shù)的通信狀態(tài)要求也在不斷提升。如果出現(xiàn)通信狀態(tài)不穩(wěn)定的情況,則會(huì)對(duì)人們的工作和生活帶來影響,因此人們希望通信設(shè)備的通信狀況良好并且流暢。5G通信技術(shù)中所采用的CR技術(shù)就可以幫助通信,使得通信更加的穩(wěn)定。其主要目的是盡可能減少外界干擾,使5G網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,改善前幾代通信不夠穩(wěn)定的問題。同時(shí),CR技術(shù)還可以對(duì)5G通信進(jìn)行協(xié)調(diào),減少?zèng)_突,以此來保證5G通信的暢通。有了穩(wěn)定的通信,使得5G有更好的發(fā)展空間,滿足當(dāng)下經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)中求進(jìn)的需求,有利于5G進(jìn)一步發(fā)展。

        2.5 新型的分配技術(shù)

        傳統(tǒng)通信技術(shù)的分配操作相對(duì)復(fù)雜,且只有單純的輸入與輸出,都依靠操作員進(jìn)行操作。分配較為不均勻,傳輸?shù)乃俣认鄬?duì)較慢,使用的人數(shù)較多時(shí)還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰?,F(xiàn)如今,通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第五代,功能已經(jīng)全面更新,配有新型的分配系統(tǒng),傳輸?shù)乃俣让黠@提升。5G通信技術(shù)不再只是單純的輸入和輸出,而是將操作的步驟簡(jiǎn)化、融合新科技。5G通信網(wǎng)絡(luò)有了新的操作方式,使得網(wǎng)絡(luò)分配變得更加合理,不再只是隨機(jī)分配,減少人使用時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)崩潰的現(xiàn)象。此外,網(wǎng)絡(luò)的合理分配可以減少資源浪費(fèi),使得資源利用更加合理,這也滿足了用戶們的需求。重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)框架,打破傳統(tǒng)的方式,更能體現(xiàn)5G通信的先進(jìn)性,滿足更多人的需求,擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展空間。

        3 增強(qiáng)5G通信的技術(shù)的方案

        3.1 增加基站數(shù)量合理布局

        基站對(duì)于通信技術(shù)來說相當(dāng)重要,是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基礎(chǔ)。合理的基站布局能夠在提升5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的同時(shí)減少資源消耗。根據(jù)國(guó)家的發(fā)展需求,基站的建設(shè)需要以城市為服務(wù)中心,逐漸向周圍覆蓋。合理規(guī)劃,以人口分布與實(shí)際需求出發(fā),建設(shè)基站,構(gòu)建完整的5G基站建設(shè)體系。在城市中心以及繁華地段需要建設(shè)多個(gè)基站以保障在高人口密度下的實(shí)際用網(wǎng)需求;在遠(yuǎn)離城市的地方可以適當(dāng)建設(shè)基站,以減少資源的投入。同時(shí)可以通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)分析不同地域間的用網(wǎng)需求,以求資源利用效率的最大化。

        3.2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        在5G網(wǎng)絡(luò)被研發(fā)出來之前,傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的有線網(wǎng)絡(luò)具有速度快、傳輸帶寬大等特點(diǎn)。在很多應(yīng)用領(lǐng)域都是以有限傳輸為主要的傳輸手段。但是有線傳輸受網(wǎng)線的約束,在空間上不如4G通信技術(shù)的無線傳輸方便,但4G通信技術(shù)的傳輸速度無法滿足用戶的需求。對(duì)此,5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn),有效規(guī)避了二者的缺點(diǎn)。在保障極快傳輸速度的同時(shí)使用戶能夠擺脫空間上的限制,用戶能夠在任意地點(diǎn)使用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷覆蓋,萬物互聯(lián)的時(shí)代也將到來。

        3.3 進(jìn)行軟件方面的優(yōu)化

        軟件層面的調(diào)度也在一定程度影響了5G網(wǎng)絡(luò)的使用效率,這一點(diǎn)可以從不同手機(jī)廠商的5G體驗(yàn)中感受到。相同的5G芯片在不同的廠商手里,由于調(diào)度策略不同,體驗(yàn)的感受也有所差異,因此要增強(qiáng)5G通信技術(shù)不僅需要在硬件層面做努力,同時(shí)也需要在軟件層面對(duì)5G芯片的功能調(diào)度邏輯進(jìn)行優(yōu)化,通過合理的場(chǎng)景分析進(jìn)而使用最合適的調(diào)度方式。既能提高5G網(wǎng)絡(luò)的利用率,同時(shí)也能延長(zhǎng)5G芯片的使用壽命,避免其長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷狀態(tài),或由于調(diào)度不足而影響使用體驗(yàn)。

        4 5G通信應(yīng)用場(chǎng)景

        4.1 運(yùn)用光場(chǎng)相機(jī)以及監(jiān)控防護(hù)

        現(xiàn)如今,5G通信技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于人們的生活,如光場(chǎng)相機(jī)以及監(jiān)控領(lǐng)域。光場(chǎng)相機(jī)是如今最受歡迎的拍照方式,這是因?yàn)槔霉鈭?chǎng)相機(jī)拍照不需要進(jìn)行對(duì)焦,只需要將待拍照物品放在焦距范圍內(nèi)即可。這種方式大幅度減少了拍照過程,使拍照變得更簡(jiǎn)單。但是光場(chǎng)相機(jī)存在一個(gè)問題,即儲(chǔ)存空間較小,并且傳輸?shù)乃俣嚷6?G通信技術(shù)的傳輸速度快且存儲(chǔ)空間大,與光場(chǎng)相機(jī)結(jié)合可以避免光場(chǎng)相機(jī)原本的問題,并且對(duì)于光場(chǎng)相機(jī)的發(fā)展也極其有利。監(jiān)控所拍攝的畫面需要長(zhǎng)久保存,但是傳統(tǒng)的監(jiān)控儲(chǔ)存小,需要定期進(jìn)行刪除以防卡頓,5G通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)存空間大,用于監(jiān)控領(lǐng)域恰好可以彌補(bǔ)監(jiān)控設(shè)施的缺點(diǎn)。

        4.2 運(yùn)用于智能終端

        5G通信融合了AI智能技術(shù),能夠遠(yuǎn)程操控設(shè)備?,F(xiàn)在的移動(dòng)智能終端采用的都是安卓系統(tǒng),內(nèi)部由高到低分為4層,每一層的功能不一樣。5G通信用于遠(yuǎn)程控制被放在系統(tǒng)內(nèi)核層,可以有效地對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,優(yōu)化移動(dòng)智能終端,使得控制機(jī)械設(shè)備更加方便快捷。并且5G通信技術(shù)的加入還使移動(dòng)智能終端的保密性加強(qiáng),有利于保護(hù)使用者的個(gè)人隱私,大幅度增強(qiáng)了安全性[4]。此外,現(xiàn)在工業(yè)快速發(fā)展,對(duì)于移動(dòng)智能終端的需求也變高,5G通信的融入使得現(xiàn)在的移動(dòng)智能終端變得更加的先進(jìn)與方便,減少了人力資源,節(jié)約成本。

        5 5G通信技術(shù)的未來發(fā)展

        如今,5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一直都是世界各國(guó)爭(zhēng)奪的技術(shù)高地,而各國(guó)在爭(zhēng)奪過程中的良性競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)在一定程度上促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展,5G應(yīng)用所帶來的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益一定會(huì)顯著高于4G[5-7]。對(duì)于現(xiàn)階段的中國(guó)以及世界上各個(gè)掌握5G技術(shù)的國(guó)家來說,5G的市場(chǎng)還處于一個(gè)藍(lán)海的狀態(tài),各個(gè)國(guó)家都需要加緊發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

        現(xiàn)階段,萬物互聯(lián)已經(jīng)有了基本雛形,物聯(lián)網(wǎng)同時(shí)也在穩(wěn)健發(fā)展,未來將激發(fā)5G市場(chǎng)的活力,牽動(dòng)5G技術(shù)的發(fā)展。在大力發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)也要積極開拓5G的應(yīng)用[8]。持續(xù)推動(dòng)5G在視頻轉(zhuǎn)播、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用,以市場(chǎng)的需要倒逼5G的發(fā)展。尤其在VR領(lǐng)域,是目前為止最具科技感的產(chǎn)品,5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)在很大程度上緩解了由于4G網(wǎng)絡(luò)延遲而帶來的眩暈感,并且在無人駕駛和遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面也都能看到5G的影子[9,10]。

        6 結(jié) 論

        5G時(shí)代已經(jīng)來臨,其設(shè)計(jì)理念更加先進(jìn),通信水平大幅度提高,更加的方便快捷,傳輸速度更快,保密性更強(qiáng),更受人們歡迎。采用MIMO技術(shù)減少了運(yùn)行時(shí)的雜音,簡(jiǎn)化了設(shè)備,更有利于5G通信的發(fā)展,借助有源天線陣列進(jìn)行布局?jǐn)U大了5G通信的服務(wù)范圍,投入更少。此外,科技更加的先進(jìn),還用了新型的網(wǎng)絡(luò)分配模式,使得資源利用更高,減少資源損耗,相信在不久的將來,我國(guó)會(huì)全面邁進(jìn)5G時(shí)代。

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